热力学第二定律复习题ppt课件
合集下载
(完整版)热力学第二定律.ppt
热力学第二定律的微观实质
从微观上看，任何热力学过程都伴随着大量分子的无序运 动的变化。热力学第二定律就是说明大量分子运动的无序程度 变化的规律。 •功转换为热：大量分子的有序运动向无序运动转化， 是可 能的；而相反的过程，是不可能的。
•热传导：大量分子运动的无序性由于热传导而增大了。 •自由膨胀：大量分子向体积大的空间扩散，无序性增大。
不可能从单一热源吸收热量，使它
Q
完全转变为功而不引起其它变化。
热源
A. 从单一热源吸收热量，使它完全转变为功，一定要引起 其它变化。
特例：等温过程从单一热源吸收热量，并完全用来做功， 必导致系统体积变化。
B. 第二类永动机不可能制成。
η 100% 2.克劳修斯表述
热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
讨论： A.没有外界做功，不可能从低温热源将
热量传输到高温热源。 B.第二类永动机不可能制成。
高温热源 Q1 A
Q2 低温热源
热力学第二定律是研究热机效率和制冷系数时提 出的。对热机，不可能吸收的热量全部用来对外 作功；对制冷机，若无外界作功，热量不可能从 低温物体传到高温物体。热力学第二定律的两种 表述形式，解决了物理过程进行的方向问题。
S 0
(孤立系, 自然过程)ห้องสมุดไป่ตู้
§8-6 热力学过程的不可逆性
广义定义：假设所考虑的系统由一个状态出发
经过某一过程达到另一状态，如果存在另一个 过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回 到原来状态，同时原过程对外界引起的一切影 响）则原来的过程称为可逆过程；反之，如果 用任何曲折复杂的方法都不能使系统和外界完 全复员，则称为不可逆过程。
各种宏观态不是等几率的。那种宏观态包含的微观态 数多，这种宏观态出现的可能性就大。
热力学第二定律-PPT课件
答案 C
18
典例精析 二、热力学第一定律和热力学第二定律
返回
【例3】 关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正 确的是( ) A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，
而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式 的能，故这两条定律是相互矛盾的 B．内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响， 故两条定律并不矛盾
答案 B
15
典例精析 一、热力学第二定律的基本考查 返回
【例2】 如图1中汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是 导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的， 但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并 通过活塞对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则 下列说法正确的是( )
的是( D )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达 到绝对零度
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的 C．第二类永动机遵从能量守恒定律，故能制成 D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空
气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连 接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所 以汽缸内的气体温度也不变，要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能 保证内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外 力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可 能发生．
程都具有
，都是不可逆的．
方向性
7
一、热力学第二定律 返回 延伸思考
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温物体传给高温物 体”？ 答案 不能．
(2024年)热力学第二定律ppt
26
06
总结与展望
27
课程总结回顾
热力学第二定律的基本概念
阐述了热力学第二定律的两种表述方式，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体， 以及所有热机的工作效率都不可能达到100%。
熵增原理
介绍了熵的概念，解释了为什么自然过程总是朝着熵增加的方向进行，以及熵增原理在热 力学、统计物理和化学等领域的应用。
熵增原理
在孤立系统中，一切实际过程都使 系统的熵增加。
7
02
热力学第二定律数学表达式
8
熵增原理及数学表达式
熵增原理
在孤立系统中，熵（代表系统的 无序程度）总是趋向于增加，即 系统总是自发地向更无序的状态 发展。
数学表达式
dS ≥ 0，其中S表示熵，dS表示 熵的变化量。等号成立时表示可 逆过程，大于零时表示不可逆过 程。
在物理学、化学、生物学等其他自然科学领域中，热力学第二定律可以帮助我们理 解各种自然现象和过程。
在经济学、社会学等社会科学领域中，热力学第二定律也可以为我们提供新的视角 和思考方式。
22
05
热力学第二定律实验验证及现象解 释
23
实验验证方法介绍
卡诺热机实验
通过测量热机在不同热源 温度下的效率，验证热力 学第二定律的正确性。
热力学第二定律的应用
讨论了热力学第二定律在能源转换、环境保护和生命科学等领域的应用，如热机的效率、 制冷机的性能系数、生态系统的能量流动等。
28
对未来研究方向的展望
1 热力学第二定律与量子力学的结合
探讨在量子力学框架下热力学第二定律的适用性，以及 如何利用量子力学原理来设计和优化新型热机和制冷机 。
不可逆过程
自然界中的许多过程都是不可逆的，如热传 导、扩散、化学反应等，这些过程都伴随着 能量的耗散和损失。
06
总结与展望
27
课程总结回顾
热力学第二定律的基本概念
阐述了热力学第二定律的两种表述方式，即热量不可能自发地从低温物体传到高温物体， 以及所有热机的工作效率都不可能达到100%。
熵增原理
介绍了熵的概念，解释了为什么自然过程总是朝着熵增加的方向进行，以及熵增原理在热 力学、统计物理和化学等领域的应用。
熵增原理
在孤立系统中，一切实际过程都使 系统的熵增加。
7
02
热力学第二定律数学表达式
8
熵增原理及数学表达式
熵增原理
在孤立系统中，熵（代表系统的 无序程度）总是趋向于增加，即 系统总是自发地向更无序的状态 发展。
数学表达式
dS ≥ 0，其中S表示熵，dS表示 熵的变化量。等号成立时表示可 逆过程，大于零时表示不可逆过 程。
在物理学、化学、生物学等其他自然科学领域中，热力学第二定律可以帮助我们理 解各种自然现象和过程。
在经济学、社会学等社会科学领域中，热力学第二定律也可以为我们提供新的视角 和思考方式。
22
05
热力学第二定律实验验证及现象解 释
23
实验验证方法介绍
卡诺热机实验
通过测量热机在不同热源 温度下的效率，验证热力 学第二定律的正确性。
热力学第二定律的应用
讨论了热力学第二定律在能源转换、环境保护和生命科学等领域的应用，如热机的效率、 制冷机的性能系数、生态系统的能量流动等。
28
对未来研究方向的展望
1 热力学第二定律与量子力学的结合
探讨在量子力学框架下热力学第二定律的适用性，以及 如何利用量子力学原理来设计和优化新型热机和制冷机 。
不可逆过程
自然界中的许多过程都是不可逆的，如热传 导、扩散、化学反应等，这些过程都伴随着 能量的耗散和损失。
热力学第二定律ppt课件
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功 ，而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%，总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成，不可以制成的原因：违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ，并可从一种表述导出另一种表述
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功，而不产生其他影响
机械能
全部转化（自发）
转化中有其他影响 （要向低温热库放热）
内能（热）
不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什 么现象？
铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两 者温度相同。
问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度 降低的情况？
不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)， η＝1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热 量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的 是( BC )
不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功 ，而不产生其他影响。 1.热机效率无法达到100%，总会有热损 2.任何热机都不可能把内能全部转化机械能
第二类永机不可制成，不可以制成的原因：违背热力学第二定律 热力学第二定律的各种表述都是的 等价 ，并可从一种表述导出另一种表述
C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
三、 热力学第二定律的开尔文表述
②不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成 功，而不产生其他影响
机械能
全部转化（自发）
转化中有其他影响 （要向低温热库放热）
内能（热）
不产生其他影响：对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放 热、做功等
不会 因为分子的扩散运动是从密度较大的区域向密度较小的区域进行 并且这个过程是不可逆
一、自然界中宏观过程的方向性
情景二：将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什 么现象？
铁块放热，温度降低，水吸热，温度升高；最终两 者温度相同。
问题：一段时间后会不会出现铁块温度升高，水的温度 降低的情况？
不会出现；说明热量可以自发地从高温物体传到低温物体 而不可以自发地从低温物体传到高温物体
生其它影响。此时热机的效率η＝1(100%)， η＝1的热机称为第二类永动机。
下列说法正确的有( D )
A.第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律，因此 不可能制成
B.根据能量守恒定律，经过不断地技术改进，热机的效率可以达到 100%
C.因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能真正出现的
(多选)下图为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在 冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热 量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的 是( BC )
大学物理《热力学第二定律》PPT课件
Rev.
pext=pint=f(V,T)
p2=50 kPa
Adiabatic expansion
Irrev. pext=const. =p2=50 kPa Free pext=0
不可能把热从低温 物体传到高温物体， 而不引起其它变化
热机效率(efficiency of the engine )
任何热机从高温 (Th ) 热源吸热 Qh ,一部分转化 为功W,另一部分 Qc 传给低温 (Tc ) 热源.将热机所作 的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机 转换系数，用 表示。 恒小于1。
dqrev dT dV dS nCv ,m nR T T V
S n Cv ,m
T1
T2
V2 dT nR ln T V1
dqrev dU dwrev d ( H pV ) pdV dH pdV Vdp pdV dH Vdp dp nC p ,m dT nRT p
Clausius 不等式
设有一个循环， A B 为不可逆过程， A B 为可逆过程，整个循环为不可逆循环。
A Q Q 则有 ( ) IR,A B ( )R 0 B T T i A Q Q S B S A ( ) IR,A B B ( T )R SA SB T i Q SA B ( ) IR,AB 0 或 T i Q SAB ( ) R,A B 0 如AB为可逆过程 T i
有时把与体系密切相关的环境也包括在一起， 用来判断过程的自发性，即：
Siso S (体系） S (环境） 0
“>” 号为自发过程
“=” 号为可逆过程
熵变的计算
1. 理气单纯p,V,T变化过程
第六章 热力学第二定律.ppt
热一律一切热力学过程都应满足能量守恒。 但满足能量守恒的过程是否一定都能进行?
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A
1 261023
0
1 2
N
A
1 261023
0
这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率
1
106
106
1 106106
1 23.326106
1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η
即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。
热二律满足能量守恒的过程不一定都能进行! 过程的进行还有个方向性的问题。
§1.热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律以否定的语言说出一条确定的规律.
1．开尔文(Kelvin)表述: 不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有
N
A
1 261023
0
1 2
N
A
1 261023
0
这种宏观状态虽原则上可出现,
但实际上不可能出现.
例.用铅字随机排版出一百万字小说的概率
1
106
106
1 106106
1 23.326106
1 22107
0
自然过程的方向性的定量描述:
T称为热力学温标 或开尔文温标
( ) 为普适函数，所以热力学温标与测温物质的性质无关。
用热力学温标所表示的温度写为xK，这里x为温度数值。
水的三相点的热力学温度规定为273.16 K 。
热力学温度的单位——开尔文（K）就是水三相点的热力
学温度的 1 。 273.16
热力学温标和理想气体温标中水的三相点温度值都定为 273.16K，可见在理想气体温标能确定的范围内，热力学 温标与理想气体温标的测得值相等。
A A
Q1 Q2 A
A A
Q1 Q2 A
若甲做正循环，乙做逆循环，则η不大于η´ 若甲做逆循环，乙做正循环，则η ´不大于η
即：所有工作于相同高温热源和相同的低温热源之间的一切可 逆热机，其效率都相等。
热力学第二定律PPT课件
WR1 5743J
WI3 44.90103 J
上一页
WR2 5743J
I1+R2: Q=-W=-WI1-WR2 =-5743J (系统放热，得功）
I2+R2: Q=-W=-WI2-WR2 =-3498J (系统放热，得功）
R1+R2: Q=-W=-WR1-WR2 = 0
I3+R2: Q=-W=-WI3-WR2 = 39.16×103J
克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的。
T1
反 证
法
Q1
证
Q2
热机 W
两 种
Q2
说 法
T2
等 价
T1
Q1 W
热机
Q1 Q3
制冷机
Q3
T2
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而
不产生其它变化是不可能的。
3.热力学第二定律(the second law of thermodynamics) 克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的. 开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不
产生其它变化是不可能的。
注意不要把开尔文说法说成：功可以完全转化为热，
而热不能完全转化为功。遗留的其他变化很重要。
理想气体恒温膨胀时，它所吸收的热全部用来做功，
这是否违背开尔文说法?
不违背
它没有否定还有其它变化，此时附带的另一变化是 气体的体积变大，即系统的状态改变了
过程——体系状态随时间发生变化。
平衡态——在没有外部影响的条件下，系统的所 有宏观性质不随时间变化的状态。
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2) 不对,体系的吉布斯自由能是状态函数,假如GB＜GA ，则由A至B的等温等压过程是自发的,但不论在实际过 程中体系是否对外作非体积功,体系自由能都是降低的
(3) 不对，只有在等温等压条件下，吉布斯自由能的降低 值才是作非体积功的能值。
例１：1mol理想气体在等温下通过(1)可逆膨胀(2)真 空膨胀，体积增加到10倍，分别求其熵变
(3)体系达平衡时熵值最大，吉布斯自由能最小；
答案 不正确。绝热体系(或隔离体系)达平衡时熵最大， 等温等压不作非体积功的条件下，体系达平衡时吉布斯 自由能最小。本题说法忽略了前提条件
(4)不可逆过程的熵不会减少；
答案 不正确。该说法仅适合于绝热体系或隔离体系
(5)可逆过程的热温商与熵变是否相等，为什么? 不可 逆过程的热温商与熵变是否相等？
答：可逆过程的热温商即等于熵变。即ΔS＝QR/T (或 ΔS＝∫δQR/T)。不可逆过程热温熵与熵变不等，其原 因在于可逆过程的 QR 大于 QIR，问题实质是不可逆 过程熵变由两部分来源，一个是热温商，另一个是内 摩擦等不可逆因素造成的。因此，不可逆过程熵变大 于热温商。由于熵是状态函数，熵变不论过程可逆与 否，一旦始终态确定,则ΔS 值是一定的。
)P
( S V
)T
(
P T
)V
(
S P
)T
(V T
)P
(1)(
a c
)b
( ab ) cb
(2)(ab) (bc)
(3)PV TS
思考题
1 试根据熵的统计意义定性地判断下列过程中体系的熵变大于零 还是小于零? (1)水蒸气冷凝成水； (2)CaCO3(s)一CaO(s)+CO2(g) (3)乙烯聚合成聚乙烯； (4)气体在催化剂表面上吸附； (5)碳水化合物在生物体内的分解
热力学第二定律复习题
2020/7/12
一、主要内容
主要内容: 三个定律: 几个概念:Q、W、U、H、S、G、A
（A）P1,V1,T1（ ）P2 ,V2 ,T2
A
（D）P2 ,V‘, T1
C B S
1
12
T2 CV dT T1 T
A D B
S
1S‘ S2 ’
UH
AG
5 克拉贝龙方程 克—克方程
dU TdS PdV dH TdS VdP dA SdT PdV dG SdT VdP
PV ST
UH
AG
dU TdS PdV dH TdS VdP dA SdT PdV dG SdT VdP
( T V
)S
(
P S
)V
(
T P
)
S
( V S
nR ln
P1 P2
T2 CPdT T1 T
等容 等压
第三章热力学第二定律
1 卡诺循环,卡诺定理 2 熵及计算,(几个过程)
3 亥姆霍兹函数A 吉布斯函数G △G的计算,越小趋势越大,但反应不一定快
4 基本公式 dU Q W
H
关系式： dS Q
T
U
PV
TS A
PV
C Q dT
TS G
PV ST
4. 关于公式ΔGT，p＝WR'的下列说法是否正确？为什么？ (1) “体系从 A 态到 B 态不论进行什么过程 ΔG 值为定 值且一定等于W＇”； (2) “等温等压下只有体系对外做非体积功时G才降低”； (3) “G就是体系中能做非体积功的那一部分能量”。
答：(1)不对,只有在 T,p 一定的可逆过程中,体系的 ΔGT，p才等于WR＇;在其它条件下,不可逆过程中 ΔGT,p不等于WR＇。
对同一种物质，气态熵＞液态熵＞固态熵 对于化学 反应而言，气体量增加，熵值增加，气体量减少，熵 值减少。当物质从较有序的状态过渡到较为无序的状 态时，熵值增加.
(1) △ S ＜0；(2) △ S ＞0； (3) △ S ＜0；(4) △ S ＜0； (5) △ S ＞0。
2. 263K 的过冷水结成 263K 的冰，ΔS＜0，与熵增加原 理相矛盾吗？为什么？ 答：并不矛盾，熵增加原理适用条件是孤立体系或绝热 体系，而上述过程并不具备这个特定条件，体系与环境 间有热交换，不是孤立体系或绝热体系，ΔS 可以小于零 。而总熵会大于零的。
解 （1）可逆膨胀
S
(体系）
(
Q T
)R
Wmax T
nR ln10
19.14
J K1
（2）真空膨胀
熵是状态函数，始终态相同，体系熵变也相同，所
以： S（体系） 19.14 J K1
例２： 273 K，将一个２２.４dm3的盒子用隔板一分为二，一 边放0.5molO2，另一边放0.5molN2,求抽去隔板后，两种气体
3 判断下列各题说法或结论是否正确，并说明原因
(1)功可以全部变成热，但热不能全部转化成功；
答案 不正确。功可以全部变成热，热也可以全部转 化为功但热全部转化为功肯定会引起其他变化。
(2)自然界中存在温度降低，但熵值增加的过程；
答案 正确。熵不仅与温度有关，还与其他状态性质 如体积、压力有关。熵值的改变将取决于这些因素变 化的综合效应。例如，绝热膨胀过程就是温度降低、 熵值增加的过程。
H2O(1 mol,l,p ,373.15 K) H2O(1 mo
解:
S（体系）（QT ）R
40.620 kJ mol1 373.15 K
108.9 J K1 mol1
注：如果是不可逆相变，可以设计可逆相变求值。
例４ 已知在101.325kPa下，水的沸点为100℃，其比 蒸发焓△vapＨ=2257.4k J·K-1。已知液态水和水蒸 气在100～200 ℃范围内的平均比定压热容分别为：
cp (H2O,l) 4.224kJ kg1K 1;cp (H2O, g) 2.033kJ kg1K 1
今有101.325kPa下120 ℃的1kg过热水变成同样温 度、压力下的水蒸气。设计可逆途径，并按可逆途 径分别求出过程的△S及△G。
解：设计可逆途径
101.325kPa
T1=120℃
混合过程的熵变
解 （１）
S (O2
)
nR ln
V2 V1
0.5R ln
22.4 12.2
实际上mi是xSS(孤N 2立)S(体O02.系)5R的lnS熵12(N22变..224)， R所ln以12混22..24合是R自ln 发2 的不可逆
过程。
例３：求下述过程熵变。已知H2O（l）的汽化热为４ ０.６２kJ/mol